Что такое ликвация металла
Ликвация (в металлургии)
Л. возникает в результате того, что сплавы, в отличие от чистых металлов, кристаллизуются не при одной температуре, а в интервале температур. При этом состав кристаллов, образующихся в начале затвердевания, может существенно отличаться от состава последних порций кристаллизующегося маточного раствора. Чем шире температурный интервал кристаллизации сплава, тем большее развитие получает Л., причём наибольшую склонность к ней проявляют те компоненты сплава, которые наиболее сильно влияют на ширину интервала кристаллизации (для стали, например, сера, кислород, фосфор, углерод). Л. оказывает, как правило, вредное влияние на качество металла, т. к. приводит к неравномерности его свойств.
Различают дендритную Л., которая проявляется в микрообъёмах сплава, близких к размеру зёрен, и зональную Л., наблюдаемую во всём объёме слитка. Дендритная Л. выражается в том, что оси дендритных кристаллов отличаются по химическому составу от межосных пространств. Этот вид Л. может быть в значительной степени устранён при длительном отжиге металла (так называемая гомогенизация ) в результате диффузии примесей. Зональная Л. выражается в наличии в слитке нескольких зон с различным химическим составом, которые в зависимости от характера отклонений от среднего состава сплава называются зонами положительной или отрицательной Л. Различают осевую и внеосевую Л. Для уменьшения зональной Л. ограничивают размеры слитков, а также применяют специальные металлургические процессы: непрерывную разливку, переплав в водоохлаждаемом кристаллизаторе (электрошлаковый или вакуумный) и т. п.
Лит.: Голиков И. Н., Дендритная ликвация в стали, М., 1958; Штейнберг С. С., Металловедение, Свердловск, 1961; Вайнгард У., Введение в физику кристаллизации металлов, пер. с англ., М., 1967.
Полезное
Смотреть что такое «Ликвация (в металлургии)» в других словарях:
ЛИКВАЦИЯ — Свойство некогор. сплавов при охлаждении распадаться на составным части. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ликвация (лат. liquatio плавление, плавка) 1) геол. разделение жидкого, первонач. однородного … Словарь иностранных слов русского языка
ЛИКВАЦИЯ — (от лат. liquatio разжижение плавление) в металлургии, сегрегация, неоднородность химического состава сплава, возникающая при его кристаллизации … Большой Энциклопедический словарь
Ликвация — Ликвация: в геологических науках процесс распада однородной магмы при понижении температуры на две или более разные по составу несмешивающиеся магмы. (от лат. liquatio разжижение, плавление) в металлургии, сегрегация,… … Википедия
ликвация — (от лат. liquatio разжижение, плавление) в металлургии, сегрегация, неоднородность химического состава сплава, возникающая при его кристаллизации. * * * ЛИКВАЦИЯ ЛИКВАЦИЯ (от лат. liquatio разжижение, плавление) в металлургии, сегрегация,… … Энциклопедический словарь
Ликвация — I Ликвация (от лат. liquatio разжижение, плавление) (геол.), процесс разделения первоначально однородного магматического расплава при понижении температуры на две разные по составу несмешивающиеся жидкости. В результате кристаллизации… … Большая советская энциклопедия
ЛИКВАЦИЯ — (от лат. liquatio разжижение, плавление), сегрегация (от позднелат. segregatio отделение), в металлургии 1) неоднородность хим. состава сплавов, возникающая при их кристаллизации. Л. обусловлена тем, что сплавы, в отличие от чистых металлов,… … Большой энциклопедический политехнический словарь
СЕГРЕГАЦИЯ (в металлургии) — СЕГРЕГАЦИЯ, в металлургии 1) то же, что ликвация (см. ЛИКВАЦИЯ). 2) Обжиг труднообогатимых окисленных руд некоторых цветных металлов в присутствии небольшого количества хлора или хлорсодержащей соли с целью перевода металлов, содержащихся в руде … Энциклопедический словарь
Сегрегация (в металлургии) — Сегрегация в металлургии, 1) неоднородность химического состава сплавов; то же, что ликвация. 2) С. в цветной металлургии, комбинированный процесс обжига окисленной руды с последующим обогащением; цель С. ‒ перевод ценных металлов, содержащихся в … Большая советская энциклопедия
Литая сталь — (L acier fondu, Flussstahl, cast steel) Всякий ковкий железный продукт, получаемый путем отливки, принято на заводах назыв. вообще Л. сталью. Такого определения мы будем здесь придерживаться, хотя многие делят Л. металл по способности его… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
СПЛАВЫ — макроскопические однородные системы, состоящие из двух или более металлов (реже металлов и неметаллов) с характерными металлич. св вами. В более широком смысле С. любые однородные системы, полученные сплавлением металлов, неметаллов, неорг. соед … Химическая энциклопедия
Разливка стали и ее ликвация
Выплавленную сталь необходимо извлечь из печей, чтобы превратить в полуфабрикат, пригодный для дальнейшей переработки в изделия. Поэтому сталь выпускают через разливочный ковш в специальные формы – изложницы. Одновременно из разливочного ковша отбирают пробу металла на анализ (ковшовая проба), результаты которого по основным примесям отражаются в сопроводительных документах. В результате затвердевания стали получают стальные слитки, которые затем подвергают вторичной переработке с целью получения продукции, пригодной для непосредственного использования или для изготовления конечных изделий.
По мере совершенствования производства и развития технического прогресса объем единичных плавок возрастал и для некоторых мартеновских печей, по данным Воскобойникова, может превышать 900 тонн, поэтому применяют системы разливки одновременно в несколько изложниц, но все равно возникают проблемы с качеством металла по сечению и высоте изложниц, связанные с проблемами неоднородного застывания слитка и ликвации.
Поскольку сталь – это раствор примесей различных элементов (нас интересует C, S, P и Mn), то процесс кристаллизации осуществляется в температурном интервале примерно в полторы сотни градусов – сначала кристаллизуются более высокоплавкие составляющие, затем более легкоплавкие. При этом состав кристаллов, образующихся в начале застывания, может существенно отличаться от состава последних порций маточного раствора. Такое явление неоднородности сплава, образующегося при кристаллизации слитка, и носит название ликвации.
Скорость роста кристаллов определяется в первую очередь интенсивностью теплоотвода: чем больше скорость теплоотвода и чем больше переохлаждение металла, тем больше будет скорость роста. Необходимо иметь в виду высказанное выше замечание, что сталь – это раствор примесей в железе, и как в истинном растворе, образование твердой фазы идет для основного элемента и примесей неодинаково – сначала образуются оси кристаллов, обедненные примесями, а затем содержание последних в остающемся жидком металле возрастает. Поэтому содержание примесей в последующих осях дендрита возрастает.
Рис. 5.3. Схема дендрита, выросшего в условиях направленного теплоотвода.
По мере затвердевания слитка изменяется скорость теплоотвода, и в соответствии с этим различные зоны слитка имеют различную структуру. На рис. 5.4 приводится в качестве примера строение слитка спокойной стали. Слиток имеет следующие структурные зоны, отличающиеся формой кристаллов и их размерами: тонкая наружная корка из мелких равноосных кристалликов; зона вытянутых крупных столбчатых кристаллов; центральная зона крупных неориентированных кристаллов и зона мелких неориентированных кристаллов внизу слитка, имеющая конусообразную форму (конус осаждения).
Наружная зона образуется в момент соприкосновения жидкой стали с холодными стенками изложницы. Резкое переохлаждение металла вызывает образование очень большого числа зародышей и их быстрый рост, в связи с чем кристаллы не успевают вырасти до значительных размеров и принять определенную ориентацию. Толщина мелкокристаллической корки невелика, поскольку охлаждение жидкого металла с большой скоростью длится очень недолго.
Рис. 5.4. Строение стального слитка: 1 – поверхностный слой равноосных кристаллов; 2 – зона столбчатых кристаллов; 3 – центральная зона беспорядочно ориентированных равноосных кристаллов; 4 – усадочная раковина.
В дальнейшем условия теплоотвода изменяются, и формируется новая кристаллическая зона. Скорость теплоотвода становится поэтому значительно меньшей, но он остается однонаправленным (перпендикулярно стенкам изложницы), из-за этого главные оси образовавшихся кристаллов прекращают свой рост, если они не направлены перпендикулярно стенкам. Таким образом формируется зона столбчатых кристаллов, вытянутых параллельно направлению теплоотвода.
Наконец, в центральной зоне слитка направленный теплоотвод практически не ощущается, и, кроме того, затвердевающий здесь металл удален от всех стенок изложницы примерно на одинаковое расстояние.
В дальнейшем, по мере ослабления интенсивности отвода тепла, начинается рост вытянутых кристаллов. Условия газовыделения ухудшаются, поэтому образование пузырьков замедляется, и часть их зарождается после того, как сформировались основные дендритные оси. Пузырьки, образовавшиеся в межосных пространствах дендритов, в дальнейшем растут как бы “зажатыми” между растущими вглубь слитка кристаллами и приобретают вытянутую (в виде сот) форму.
Длина сотовых пузырей определяется продолжительностью кипения стали в изложнице, изменяясь в пределах от 30 до 110 мм. Их рост прекращается после того, как произведена механическая закупорка слитка. Поэтому далее образуется зона плотного металла, и лишь в срединной части вновь появляются пузыри, вызванные тем, что давление газов в этой, пока еще жидкой зоне, превосходит ферростатическое давление. В нижней части слитка наблюдаются отдельные пузыри, в верхней части скопление пузырей значительно больше, они образуют головную рыхлость, которая в осевой части слитка может распространяться на глубину до 13% от высоты слитка. Усадочной раковины не образуется.
Структура химически закупоренного слитка кипящей стали несколько отлична. Сотовые пузыри в таком слитке недоразвиты, их длина значительно меньше, чем в механически закупоренном слитке, вторичных пузырей в слитке нет, лишь в головной части слитка наблюдается скопление пузырей и имеются усадочные полости. Полуспокойная сталь по степени раскисленности занимает промежуточное положение между спокойной и кипящей сталями. Полуспокойную сталь раскисляют или марганцем и небольшим количеством кремния, или марганцем с небольшим количеством алюминия.
При кристаллизации полуспокойной стали выделяется лишь небольшое количество окиси углерода, кипение металла в изложнице идет менее интенсивно, чем при кристаллизации спокойной стали. В нормально раскисленном слитке полуспокойной стали (рис. № 5.5) сотовые пузыри расположены в верхней его части близко от поверхности. Вторичных пузырей в слитке полуспокойной стали нет. В головной части слитка имеется большое количество пузырей и сравнительно крупных газовых раковин, образующихся вследствие скопления здесь углерода и кислорода.
Недостатком способа разливки стали в изложницы является значительная неоднородность слитка не только по структуре, но и по химическому составу.
Жидкая сталь представляет из себя однородный раствор углерода, кремния, марганца, фосфора, серы, а также кислорода и других газов в жидком железе, но содержание этих примесей в различных точках стального слитка неодинаково. Такая неоднородность в металлургии называется ликвацией. Объясняется ее появление тем, что коэффициенты разделения конкретных микроэлементов (а все эти примеси не что иное, как микроэлементы) между твердым телом и жидкостью отличны от единицы. У всех примесей коэффициенты разделения меньше единицы, но поскольку они различны, различна и степень ликвации, которая определяется по формуле:
Рис. 5.5. Схема расположения сотовых пузырей в слитке полуспокойной стали.
Типы ликвации
Различают ликвацию двух видов: дендритную и зональную.
Поскольку готовность стали к разливке определяется по результатам анализа ковшовой пробы, слишком большая величина слитка может привести к тому, что процесс кристаллизации стали будет протекать так медленно, что неоднородность полученного слитка по ликвации будет превышать допустимые пределы, и сталь пойдет в брак. Поэтому на пути увеличения размеров сталелитейного оборудованияэтот факт накладывает определенные ограничения.
Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:
Ликвация
Полезное
Смотреть что такое «Ликвация» в других словарях:
ЛИКВАЦИЯ — Свойство некогор. сплавов при охлаждении распадаться на составным части. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ликвация (лат. liquatio плавление, плавка) 1) геол. разделение жидкого, первонач. однородного … Словарь иностранных слов русского языка
Ликвация — [liquatio разжижение] в петрологии процесс разделения магмы при понижении температуры на два несмешивающихся расплава, подобно тому как это наблюдается в металлургических процессах. Одни исследователи (Левинсон Лессинг, Дени и др.) считали Л.… … Геологическая энциклопедия
ликвация — сегрегация, зейгерование; разделение, неоднородность Словарь русских синонимов. ликвация сущ., кол во синонимов: 3 • неоднородность (18) • … Словарь синонимов
ЛИКВАЦИЯ — (от лат. liquatio разжижение плавление) в металлургии, сегрегация, неоднородность химического состава сплава, возникающая при его кристаллизации … Большой Энциклопедический словарь
ЛИКВАЦИЯ — сегрегация, неравномерное распределение составных частей жидкого сплава металла при его застывании, что ведет к ухудшению качества слитка вследствие его неоднородности. При застывании расплавленной стали прежде всего застывает более чистый и… … Технический железнодорожный словарь
Ликвация — Ликвация: в геологических науках процесс распада однородной магмы при понижении температуры на две или более разные по составу несмешивающиеся магмы. (от лат. liquatio разжижение, плавление) в металлургии, сегрегация,… … Википедия
ликвация — и, ж. liquation f. <лат. liquatio плавление, плавка. 1. геол. Разделение жидкого магматического расплава при его остывании на два несмешиваемых компонента. Крысин 1998. 2. техн. Неоднородность химического состава сплавов, возникающая при их… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
ликвация — Дефект в виде местных скоплений химических элементов или соединений в теле отливки, возникших в результате избирательной кристаллизации при затвердевании. [ГОСТ 19200 80] Тематики отливки из чугуна и стали Обобщающие термины несоответствие по… … Справочник технического переводчика
ЛИКВАЦИЯ — дефект стали и сплавов, возникающий при их кристаллизации в виде неоднородности отдельных участков по хим. составу, структуре, неметаллическим и газовым включениям … Большая политехническая энциклопедия
Ликвация — [segregation; liquation] (от лат. liquatio разжижение, плавление) неоднородность сплава по химическому составу, структуре и неметаллическим включениям, образованными при кристаллизации слитка, непрерывнолитой заготовки и отливки. Ликвация… … Энциклопедический словарь по металлургии
ЛИКВАЦИЯ — (от латинское liquato разжижение, плавление), сегрегация (от латинского segregatio отделение) 1) неоднородность химического состава сплавов, возникающая при их кристаллизации. Ликвация обусловлена тем, что сплавы, в отличие от чистых металлов,… … Металлургический словарь
Процессы ликвации в стали: описание, виды, способы устранения
В металлургии часто требуется разделить компоненты руды, металла или сплава путем частичного плавления. Процесс, когда материал нагревается до температуры, при которой один из компонентов плавится, а другой остается твёрдым (при этом жидкий компонент можно слить) носит название «ликвация». Ранее он использовался для извлечения минералов сурьмы из руды и для отделения серебра от меди с использованием свинца в качестве растворителя. При рафинировании олова его используют до сих пор. Наряду с положительными моментами, ликвация в ряде случаев ухудшает структуру металла.
Что такое ликвация
Металлургическая ликвация продолжительна и требует особого режима эксплуатации печи. Она далеко не всегда приводит к благоприятствующим результатам, а также сопровождается значительными потерями металла. По этим причинам металлургическую ликвацию заменяют на более эффективные технологии.
В металловедении распространено понятие ликвации дендритов. Это явление считается нежелательным, ухудшающим качество готового слитка. Причём настолько, что металл нельзя использовать для последующей механической обработки. Появление крупных зёрен свидетельствует о недостаточной скорости кристаллизации металла в период остывания слитка. Грубозернистая структура ограничивает последующую обработку металла. Из-за интенсивности данного процесса производство слитков увеличенных габаритных размеров с применением традиционных технологических решений невозможно.
Это правда, что подавляющее большинство стали в мире в настоящее время разливается непрерывно, но отливка слитков по-прежнему требуется для производства компонентов тяжелой промышленности, которые включают большие дорогостоящие единичные секции, такие как сосуды высокого давления, необходимые для производства ядерной энергии. Эффекты макросегрегации критически важны в таких приложениях, и возможность прогнозирования степени и местоположения сегрегации очень востребована. В этой статье рассматривается развитие методов прогнозирования макросегрегации, оценивается жизнеспособность их использования сегодня в промышленных условиях и далее выделяются ключевые факторы, ограничивающие их эффективность. Также будут кратко обсуждены методы, которые могут быть использованы для измерения сегрегации и структуры на макроуровне в слитках.
Виды ликвации
Динамика ликвации дендритов определяется скоростью затвердевания, Последняя, в свою очередь, зависит от изменения показателей давления, а также от параметров удельного веса металла, участвующего в ликвационном процессе. В момент начала зарождения зёрен металла, граница раздела в ходе затвердевания слитка постоянно перемещается. Поскольку энергетический баланс при этом может сдвинуться в направлении преобладания энтальпии твердого вещества над соответствующим показателем для жидкости, дендритная ликвация всегда будет проходить с выделением избыточного тепла.
Учитывая различную растворимость отвердевающего металла, которая по понятным причинам будет более низкой, чем в жидкости, растворённое вещество будет более равномерно перераспределяться по объёму жидкости, Динамику данного явления хорошо описывают технологии компьютерного моделирования, с помощью которых можно прогнозировать рост дендритов и формирование их разветвлений.
При избытке вещества, которое подлежит растворению, тепловые зоны также изменяются поэтому на границе раздела неизбежно происходит переохлаждение жидкости.
Это обстоятельство уменьшает структурную стабильность слитка. Происходит это за счёт склонности дендритов к образованию ветвистых структур. Увеличение размеров такого «дендритного дерева» происходит без ограничений по направлению, поскольку соприкосновение с чем-либо иным, кроме жидкости, не наблюдается. Например, для металлов с кубической решёткой возможно двукратное увеличение размеров зерна. Интенсивный рост зерен наблюдается также для некоторых алюминиево-медных сплавов, сплавов системы «железо-хром-ниобий» и т.д.
Ликвация дендритов подразделяется на:
В первом случае вначале происходит отверждение карбидов тугоплавких металлов, например, ниобия. Поскольку энергия, выделяющаяся между отдельными фазами, непостоянна, варьируясь от ориентации дендритов, то, форма поверхности с минимальной энергией практически совпадает с гранями соответствующей кристаллической решётки м.
Механическая ликвация проявляется преимущественно в сплавах на основе стеллитах – инструментальных сплавах, основой которых является кобальт. Она происходит реже, зато сопровождается увеличением твёрдости, что объясняется более развитой и тонкой микроструктурой охлаждающегося слитка.
Как устраняют ликвацию?
Одним из путей подавления дендритной ликвации является поэтапное наплавление (формирование) слитка с помощью сварочных технологий. Однако применяют и металлургические методы, которые основаны на управлении скоростью охлаждения дендритов. В результате образуется так называемая «полосчатая» микроструктура. Когда материал с такой структурой впоследствии обрабатывается прокаткой или другими методами механические свойства металла ухудшаются.
Современной технологией борьбы с описываемым явлением является диффузионное связывание. Оно представляет собой процесс соединения материалов, в частности, сплавов на основе алюминия, а также других композитов. Сложность и ограниченность метода связана с возможным окислением поверхности слитка, что существенно изменяет его физико-механические свойства Кроме того, нарушается принцип непрерывности непрерывности уже имеющихся в структуре металлических связей.
Особое значение способы борьбы с ликвацией приобретают при получении припоев – присадочных металлов, которые плавятся во время пайки.
Ликвация
Полезное
Смотреть что такое «Ликвация» в других словарях:
ЛИКВАЦИЯ — Свойство некогор. сплавов при охлаждении распадаться на составным части. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ликвация (лат. liquatio плавление, плавка) 1) геол. разделение жидкого, первонач. однородного … Словарь иностранных слов русского языка
Ликвация — [liquatio разжижение] в петрологии процесс разделения магмы при понижении температуры на два несмешивающихся расплава, подобно тому как это наблюдается в металлургических процессах. Одни исследователи (Левинсон Лессинг, Дени и др.) считали Л.… … Геологическая энциклопедия
ликвация — сегрегация, зейгерование; разделение, неоднородность Словарь русских синонимов. ликвация сущ., кол во синонимов: 3 • неоднородность (18) • … Словарь синонимов
ЛИКВАЦИЯ — (от лат. liquatio разжижение плавление) в металлургии, сегрегация, неоднородность химического состава сплава, возникающая при его кристаллизации … Большой Энциклопедический словарь
ЛИКВАЦИЯ — сегрегация, неравномерное распределение составных частей жидкого сплава металла при его застывании, что ведет к ухудшению качества слитка вследствие его неоднородности. При застывании расплавленной стали прежде всего застывает более чистый и… … Технический железнодорожный словарь
Ликвация — Ликвация: в геологических науках процесс распада однородной магмы при понижении температуры на две или более разные по составу несмешивающиеся магмы. (от лат. liquatio разжижение, плавление) в металлургии, сегрегация,… … Википедия
ликвация — и, ж. liquation f. <лат. liquatio плавление, плавка. 1. геол. Разделение жидкого магматического расплава при его остывании на два несмешиваемых компонента. Крысин 1998. 2. техн. Неоднородность химического состава сплавов, возникающая при их… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
ликвация — Дефект в виде местных скоплений химических элементов или соединений в теле отливки, возникших в результате избирательной кристаллизации при затвердевании. [ГОСТ 19200 80] Тематики отливки из чугуна и стали Обобщающие термины несоответствие по… … Справочник технического переводчика
ЛИКВАЦИЯ — дефект стали и сплавов, возникающий при их кристаллизации в виде неоднородности отдельных участков по хим. составу, структуре, неметаллическим и газовым включениям … Большая политехническая энциклопедия
Ликвация — [segregation; liquation] (от лат. liquatio разжижение, плавление) неоднородность сплава по химическому составу, структуре и неметаллическим включениям, образованными при кристаллизации слитка, непрерывнолитой заготовки и отливки. Ликвация… … Энциклопедический словарь по металлургии
ЛИКВАЦИЯ — (от латинское liquato разжижение, плавление), сегрегация (от латинского segregatio отделение) 1) неоднородность химического состава сплавов, возникающая при их кристаллизации. Ликвация обусловлена тем, что сплавы, в отличие от чистых металлов,… … Металлургический словарь